用于测量电量的参数的计量器设备的制作方法

本发明总体上涉及用于测量电量(例如，电压和/或电流)的参数(例如，幅度和/或相移)的计量器设备。具体地说，本发明涉及一种用于在不使用电池的情况下以非侵入性的方式有效地测量操作中的任何导线的电量的参数的计量器设备。

背景技术：

在现代社会中，电功率对于日常生活是关键的。因此，操作中的导线中的(诸如线路和/或中性导线中的)电量(诸如电压和/或电流)的参数(诸如幅度和/或相移)的测量对于实现对于住宅家庭和建筑物中的电负载的用电量的高效控制是至关重要的。

例如，确定配电系统中的线路和中性导线中的电压和电流的幅度使得可以确定该配电系统中的谐波失真。谐波失真通常影响由“开关式电源供应”(smps)模块供电的电负载(诸如个人计算机、激光打印机、电池充电器和其它小型电器)，并且可能引起尤其是三相配电系统的中性导线中的大的负载电流(这可能引起潜在的火灾危险，因为只有线路导线通常受到断路器的保护)、过热(这可以使电子装置的寿命缩短)、电负载的不良功率因数(例如，低于0.9的功率因数，该功率因数可能导致每月公用设施罚款)、谐振(其生成过流浪涌)、断路器的错误跳闸以及电负载故障。

为了测量(和监测)电负载消耗，已经开发了信息传感器和相应的计量器设备。

计量器设备的大部分现有解决方案基本上是基于两种方法，即，单传感器方法和多传感器方法。

基于单传感器方法的计量器设备允许监测包含独立地接通和切断的多个电负载的电路，并且使用电流和电压波形的现场分析来估计电负载的数量、每个电负载的本性、每个电负载的能量消耗以及其它相关统计(诸如当天时间变化)。尽管基于单传感器方法的计量器设备更易于部署，但是它们却依赖于昂贵的定制硬件，并且需要关于电负载和它们的电特性的先验知识或涉及用户的复杂的训练阶段(在设备获悉电负载的特定电特性的情况下)。在快速改变的小型电器的现代背景下，先验知识是难以获得和保持更新的，并且训练过程使用户气馁。

基于多传感器方法的计量器设备包括与每个负载(诸如市售的智能电源插座)一致安装的电流传感器和中央网关，电流传感器用于测量放置电负载的点或测量点处的功率消耗，中央网关用于采集(并且可能显示)从每个电负载测得的功率消耗。

2011年4月22-24日的proc.ofinternationalconferenceonemergingtrendinnetworksandcomputercommunications2011(etncc2011)第200-204页中的s.ahmad的“smartmeteringandhomeautomationsolutionsforthenextdecade”公开了使用智能计量和家庭自动化技术来高效地利用能量，从而为后代铺设更清洁且更绿色的环境的道路。该论文呈现了关于用于基于短距离射频(rf)技术(比如zigbee、z-wave、低功率无线电和配电线载波(dlc))的智能计量和家庭自动化的信息和通信技术(ict)的概述。

2012年1月15-18日的proc.oftheieeeradioandwirelesssymposium(rws2012)第395-398页中的f.cai、e.farantatos、r.huang、a.p.sakismeliopoulos、j.papapolymerou的“self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”公开了具有实时数据检测能力、高可靠性、自供电并且制造成本低、意图用于智能电网应用的计量器设备。与旧的当地电网相比，实时地知道系统状态是作为可靠地控制智能电网的第一步实现的。所提出的框架提供了关于能量收集传感器网络来监测智能电网的配电的洞悉。这提供了在整个电网系统的效率和可靠性之间做出折衷所需的信息。该文档中示出的计量器设备设计自动地操作，并且被认为具有安装困难性和环境影响(诸如由于天气、电场和磁场相互作用等而导致的位置移位)。每个计量器设备聚集电流、电压和相关联的相位角，并且继续执行双向通信以形成rf商业通信模块使用的传感器网。

us6825649公开了用于在不接触导体的情况下使用检测探针和振荡器来测量施加于该导体的ac电压的测量方法，所述检测探针设有检测电极和屏蔽电极，该检测电极能够覆盖用于使导体绝缘的绝缘表面的一部分，该屏蔽电极用于覆盖检测电极，所述振荡器用于输出具有某个频率的信号，其中，芯线和屏蔽缆线的护套线中的每个的一端连接到检测电极和屏蔽电极，并且通过在另一端中的每个之间建立假想短路状态来基本上使浮置电容效应为零。所述测量方法包括以下步骤：通过经由屏蔽缆线将来自振荡器的信号施加于检测电极来测量检测电极和导体之间的阻抗，测量由于施加于导体的电压而从检测电极释放的电流，并且基于测得的阻抗和电流来获得施加的电压。

技术实现要素：

本申请人已经认识到引用的现有技术的解决方案没有一个是令人满意的。

本申请人已经发现，目前的基于多传感器方法的计量器设备实现消耗分解，但是在住宅环境中需要大量传感器。这导致高成本，并且阻碍它们的使用。

根据本申请人，在“self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”论文中，每个计量器设备被布置为以侵入性的方式聚集电流、电压和相关联的相位角，这使得测量不是完全可靠的。而且，本申请人已经理解，该论文没有面对影响真实的测量的任何问题，诸如导线几何结构(其在不同测量点之间也可能显著不同)和导线空间几何结构或布置(实际上，如果例如测量点处的导线是弯曲的，则它不能被近似为直线导体)。

本申请人已经注意到，us6825649仅公开了电压监测，而没有考虑与相移相关的参数(诸如功率因数)。而且，本申请人已经理解，us6825649类似于“self-poweredsmartmeterwithsynchronizeddata”论文，没有面对影响真实的测量的任何问题，诸如导线几何结构和导线空间几何结构或布置。

鉴于上述内容，本申请人已经面对了以非侵入性的方式并且独立于导线几何结构或测量点处的导线空间几何结构或布置地确定ac信号的电压和/或电流波形(或其相关参数)的问题，并且为了实现此，已经设计了解决该问题的低成本的且有效的计量器设备(和方法)。

本发明的一个或多个方面在独立权利要求中阐述，相同发明的有利的特征在从属权利要求中指示，其措辞通过引用逐字地包含在本文中(任何有利的特征是参考本发明的特定方面提供的，加以必要的修正适用于任何其它方面)。

更具体地说，本发明的一方面涉及一种用于确定第一导线和第二导线中的ac电信号的参数的计量器设备，所述ac电信号包括ac电流和ac电压。计量器设备包括：

测量部分，其被配置为提供第一测量信号和第二测量信号，所述第一测量信号和第二测量信号每个指示基于与第一导线的第一电容耦合和与第二导线的第二电容耦合的ac电压，所述第一测量信号和第二测量信号取决于第一电容耦合和第二电容耦合的电容值。计量器设备还包括控制单元，该控制单元被配置为：

根据第一测量信号和第二测量信号来确定第一电容耦合和第二电容耦合的所述电容值；并且

根据第一测量信号或第二测量信号以及第一电容耦合和第二电容耦合的电容值来确定ac电压的幅度。

根据本发明的实施例，计量器设备进一步包括进一步的测量部分，所述进一步的测量部分被配置为提供第三测量信号，所述第三测量信号指示基于与第一导线或第二导线的电感耦合的ac电流。优选地，控制单元被进一步配置为：

根据第一测量信号和第三测量信号之间的相移来确定ac电压和ac电流之间的相移。

根据本发明的实施例，计量器设备进一步包括用于执行所述第一电容耦合和第二电容耦合的第一电容元件和第二电容元件。所述第一电容元件和第二电容元件优选地包括所述第一导线和第二导线的至少一部分。

根据本发明的实施例，所述测量部分进一步包括分别与第一电容元件和第二电容元件可电耦合的第一输入电容元件和第二输入电容元件。优选地，第一电容元件和第二电容元件以及分别地第一输入电容元件和第二输入电容元件在彼此耦合时限定用于从所述ac电压提供所述第一测量信号的阻抗分压器，所述第一测量信号相对于所述ac电压是同相的。

根据本发明的实施例，所述测量部分包括分别与第一电容元件和第二电容元件可电耦合的进一步的第一电容元件和进一步的第二电容元件。第一电容元件和第二电容元件以及分别地进一步的第一电容元件和进一步的第二电容元件在彼此耦合时优选地限定从所述ac电压提供所述第二测量信号的阻抗分压器，所述第一测量信号和第二测量信号相对于彼此是同相的。

根据本发明的实施例，所述测量部分包括分别与第一电容元件和第二电容元件可电耦合的第一电路布置和第二电路布置。第一电容元件和第二电容元件以及分别地第一电路布置和第二电路布置在彼此耦合时优选地限定从所述ac电压提供所述第二测量信号的微分器布置(differentiatorarrangement)。

根据本发明的实施例，控制单元被布置为根据第一测量信号和第二测量信号的幅度来确定第一电容耦合和第二电容耦合的所述电容值。优选地，控制单元被进一步布置为根据第一测量信号或第二测量信号的幅度以及第一电容耦合和第二电容耦合的电容值来确定ac电压的幅度。

根据本发明的实施例，第一测量信号和第二测量信号相对于彼此具有相移，第一测量信号和第二测量信号之间的所述相移取决于第一电容耦合和第二电容耦合的电容值。优选地，控制单元被进一步布置为：

确定第一测量信号和第二测量信号之间的所述相移；

根据第一测量信号和第二测量信号之间的所述相移来确定第一电容耦合和第二电容耦合的所述电容值；并且

根据第一测量信号或第二测量信号以及第一电容耦合和第二电容耦合的电容值来确定ac电压的幅度。

根据本发明的实施例，所述测量部分包括分别与第一电容元件和第二电容元件可电耦合的第一电阻元件和第二电阻元件。优选地，第一电容元件和第二电容元件以及分别地第一电阻元件和第二电阻元件在彼此耦合时限定从所述ac电压提供所述第二测量信号的高通滤波器。

根据本发明的实施例，所述进一步的测量部分包括用于从所述电感耦合收集能量的能量收集模块。优选地，所述进一步的测量部分还包括切换装置，所述切换装置可在第一配置下或在第二配置下选择性地操作，第一配置允许所述能量收集单元收集能量，第二配置允许提供第三测量信号并且阻止所述能量收集。

根据本发明的实施例，所述进一步的测量部分进一步包括电荷储存元件，所述电荷储存元件用于储存根据所述能量收集的电荷，并且用于将所述电荷供应给测量部分、所述进一步的测量部分和控制单元。

根据本发明的实施例，所述进一步的测量部分包括用于执行与第一导线或第二导线的所述电感耦合的电流钳装置。

根据本发明的实施例，电流钳装置包括分裂芯电流互感器。

根据本发明的实施例，所述测量部分包括分别适于设在第一导线和第二导线的部分上的第一导电层和第二导电层。优选地，第一导线的所述部分和其上的第一导电层限定第一导线和测量部分之间的所述第一电容元件，并且优选地，第二导线的所述部分和其上的第二导电层限定第二导线和测量部分之间的所述第二电容元件。

本发明的另一方面涉及一种用于确定ac信号的所述参数的对应方法。

本发明使得可以通过使用电感耦合和电容耦合来确定ac信号(例如，配电系统的线路和中性导线中的ac信号)的电压和/或电流波形(即，幅度和相移)。由于电感耦合和电容耦合，电压和/或电流波形被以非侵入性的方式(即，不改变配电系统的总负载)并且独立于导线几何结构(其在不同测量点之间也可能显著不同)和导线空间几何结构或布置地(即，不管导线是否是弯曲的或绞合的)而确定，从而提供高度精确的测量。

而且，所提出的计量器设备的特征是简单的电路实现，该电路实现需要低成本硬件，使得它可以有利地基于多传感器方法来实现。

附图说明

通过以下对于本发明的一些示例性的且非限制性的实施例的描述，将使本发明的这些及其它特征和优点明显；为了其更好的可懂度，应参考附图来阅读以下描述，在附图中：

图1用功能块示意性地示出了根据本发明的实施例的计量器设备；

图2a-图2c示出了根据本发明的各实施例的所述计量器设备的电压测量部分的电路表示；以及

图3示出了根据本发明的实施例的所述计量器设备的电压感测布置。

具体实施方式

参考附图，图1用功能块示意性地示出了根据本发明的实施例的计量器设备100。

计量器设备100优选地被布置为确定一个或多个导线中的“交流”(ac)电信号(在下文中，ac信号)的一个或多个参数，一个或多个导线优选地为配电系统(配电系统未被示出)的线路l导线和中性n导线。

如该图中示意性地表示的，线路l导线和中性n导线优选地意图将电功率供应给一个或多个电负载(例如，住宅家庭和建筑物中的电负载)，诸如电负载105。电负载105可以例如包括小型电器(诸如个人计算机、激光打印机、电池充电器)，电负载205例如由“开关式电源供应”(smps)模块供电。smps模块通常被配置为通过配电系统高效地将电功率传递到电负载205，同时通过不断地在低消耗、高消耗和无消耗状态之间切换来使浪费的能量最少。

ac信号包括通过l导线和中性n导线的ac电流(在下文中，ac电流)iac和跨过l导线和中性n导线的ac电压(在下文中，ac电压)vac，将被确定的ac信号参数优选地包括以下参数中的至少一个：

-ac电流iac的幅度，因此其波形(即，ac电流iac的幅度在某个时间段内的改变的指示)；

-ac电压vac的幅度，因此其波形(即，ac电压vac的幅度在某个时间段内的改变的指示)；

-ac电流iac和ac电压vac之间的相移，因此功率因数(即，流到负载105的真实功率和视在功率之间的比率，真实功率即由电阻组件导致的功率，视在功率即真实功率以及由电容组件和电感组件导致的无功功率这二者的矢量和)。

ac信号参数可以充当关于电负载205的能量消耗的反馈信息，该反馈信息可以用于向居民提示能量意识。实际上，通过实时计量的及时的用电量反馈信息可以使用电量减少10-30％，并且可以导致账单节省(实际上，反馈信息可以用于改变能量消耗，例如通过使得能够在一个或多个电器最便宜时使用它们来改变)。

而且，确定线路l导线和中性n导线中的ac电压vac和/或ac电流iac的幅度使得可以确定配电系统中的谐波失真。谐波失真通常影响由smps模块供电的电负载，并且可能引起尤其是三相配电系统的中性导线n中的大的负载电流(其可能引起潜在的火灾危险，因为只有线路导线l通常受到断路器的保护)、过热(这可以使电子装置的寿命缩短)、电负载的不良功率因数(例如，低于0.9的功率因数，该功率因数可能导致每月公用设施罚款)、谐振(其生成过流浪涌)、断路器的错误跳闸以及电负载故障。

广泛地说，计量器设备100从其最广泛的概念来讲优选地包括：

-电压测量部分115，其被配置为提供第一测量信号vvs1和第二测量信号vvs2，第一测量信号vvs1和第二测量信号vvs2每个指示基于与线路导线l的第一电容耦合以及基于与中性导线n的第二电容耦合的ac电压vac。优选地，如以下更好地讨论的，第一测量信号vvs1和第二测量信号vvs2(在下文中分别被称为第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2)取决于第一电容耦合和第二电容耦合的电容值。更优选地，如以下所讨论的，电压测量部分115使得第一电压测量信号vvs1相对于ac电压vac成相应的预确定的相位关系(第一电压测量信号vvs1例如相对于ac电压vac同相)；以及

-控制单元120(例如，集成“模数转换”模块或adc模块的32位微控制器，未示出)，其用于根据第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2来确定第一电容耦合和第二电容耦合的电容值，并且用于根据第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2以及第一电容耦合和第二电容耦合的电容值来确定ac电压vac的幅度。

在本文中讨论的优选的、但非限制性的实施例中，计量器设备100还包括电流测量部分110，电流测量部分110被配置为提供指示基于与线路l导线和中性n导线的电感耦合的ac电流iac的信号vis(在下文中，电流测量信号vis)。优选地，如以下所讨论的，电流测量部分110使得电流测量信号vis相对于ac电流iac成相应的预确定的相位关系(电流测量信号vis例如相对于ac电流iac同相)，并且控制单元120还被配置为根据来自电流测量部分110的电流测量信号vis和来自电压测量部分115的第一电压测量信号vvs1之间的相移(并且当被提供时，根据所述预确定的相位关系)来确定ac电流iac和ac电压vac之间的相移。

控制单元120(以及优选地，还有adc模块)优选地借助于相对于参考电压(诸如0v或地电压)的一个或多个供应电压vsupply(例如，包括上供应电压(例如，+5v)和下供应电压(例如，-5v))来供电。

优选地，如所例示说明的，电流测量部分110包括电流感测布置110cs，电流感测布置110cs用于感测基于所述电感耦合而通过线路l导线和中性n导线的ac电流iac——电流感测布置110cs(对于本发明不是限制的)在图中被例示为大体椭圆形块。更优选地，电流感测布置110cs包括非侵略性的(或非侵入性的)电流传感器，电流感测布置110cs例如是基于电流钳装置(未示出)。电流钳装置是具有打开以允许围绕导线(例如，如图中用拦截线路导线l的椭圆形块110cs概念性地例示说明的线路导线l)钳夹的两个钳口的电装置。这使得通过线路l导线和中性n导线的ac电流iac可以被感测，因此被测量，而不必以侵入性的方式(诸如通过中断或切割导线)与它们直接物理接触。甚至更优选地，电流钳装置是(或包括)所谓的分裂芯电流互感器。广泛地说，分裂芯电流互感器包括铁氧体或软铁的分裂环和缠绕一半或两半的导线线圈，它们形成电流互感器的一个绕组——被围绕其钳夹的导线(在所讨论的示例中为线路导线l)形成另一绕组。这样，当感测ac电流iac时，被钳夹的导线(在所讨论的示例中为线路导线l)形成电流互感器的初级绕组，线圈形成电流互感器的次级绕组。

根据所公开的实施例，由电流感测布置110cs感测的ac电流(在下文中，感测的电流is)取决于通过线路l导线和中性n导线的ac电流iac和电流互感器的绕组匝数比率。

优选地，电流测量部分110还包括用于将感测的电流is转换为电流测量信号vis的转换模块110c，电流测量信号vis适于被控制单元120处理用于确定ac信号参数(如以下更好地讨论的)。照例假定控制单元120的adc模块执行电压转换，电流测量信号vis有利地是电压信号——在任何情况下，控制单元120的adc模块执行不同电量的转换(诸如电流转换)的可能性不被排除，在这种情况下，转换模块110c可以被省略或简化。

更优选地，电流测量信号vis适于控制单元120(以及具体来说，其adc模块)被允许操作的满量程范围(即，上供应电压和下供应电压之间的范围)(即，它在该范围内)。为了实现此，转换模块110c优选地包括未示出的分压器(例如，电阻分压器)。然而，在控制单元120的adc模块执行电流转换并且电流测量信号vis因此是电流信号的情况下，转换模块110c优选地包括未示出的分流器(例如，电阻分流器)。

优选地，如上所述，电流测量信号vis的特征是(例如，通过在转换模块110c中故意地添加预确定的相移)相对于ac电流iac成预确定的相位关系。甚至更优选地，电流测量信号vis相对于ac电流iac同相。

优选地，如所例示说明的，电流测量部分110进一步包括能量收集模块110h，能量收集模块110h用于当转换模块110c(以及控制单元120进行的后续处理)未被启用时从所述电感耦合(因此，从感测的电流is)收集能量。甚至更优选地，电流测量部分110还包括电源供应模块125，电源供应模块125具有一个或多个电荷储存元件(未示出)，诸如电池、电容器、或优选地，如本文中所假定的，超级电容器，所述一个或多个电荷储存元件用于储存根据收集的能量的电荷，并且将这样的储存的电荷供应给控制单元120(并且优选地，如以下所讨论的，以选择性的方式供应给电流测量部分110和电压测量部分115)以用于给它供电。根据所考虑的示例性实施例，这样的储存的电荷被以所述供应电压vsupply的形式供应给控制单元120(并且优选地，供应给电流测量部分110和电压测量部分115)。

为了实现此，电流测量部分110优选地包括切换装置sw110,a，切换装置sw110,a优选地可在第一配置和第二配置之间切换(即，可在第一配置和第二配置之间选择性地操作)，第一配置使得电流感测布置110cs和能量收集模块110h之间能够电耦合(例如，直接连接)，从而使得可以从感测的电流is收集能量，第二配置使得电流感测布置110cs和转换模块110c之间能够电耦合(例如，直接连接)，从而阻止能量收集并使得可以将感测的电流is转换为对应的电流测量信号vis。

优选地，切换装置sw110,a在第一或第二配置下的切换由来自控制单元120的命令信号s110命令，命令信号s110例如是采取高或低逻辑电平(例如，分别等于上供应电压或地电压)的数字信号。

根据优选的、但非限制性的例示说明的实施例，电流测量部分110还包括进一步的切换装置sw110,b，进一步的切换装置sw110,b优选地可在第一或断开配置与第二或闭合配置之间切换(即，可在第一或断开配置与第二或闭合配置之间选择性地操作)，第一或断开配置阻止电源供应模块125和转换模块110c之间电耦合(从而阻止供电，因此其阻止操作)，第二或闭合配置使得电源供应模块125和转换模块110c之间能够电耦合(例如，直接连接)(因此允许其操作，因此，使得可以将感测的电流is转换为电流测量信号vis)。

有利地，尽管不是必要的，切换装置sw110,b在断开或闭合配置下的切换由命令信号s110命令(即，也命令切换装置sw110,a的切换的相同的命令信号s110)，以使得转换模块110c只有在需要时，即，只有在感测的电流is必须被转换为电流测量信号vis以用于确定ac信号参数时才被供电。这使得可以实现不可忽视的节电。

优选地，如所例示说明的，电压测量部分115包括电压感测布置115vs，电压感测布置115vs用于感测跨过线路l导线和中性n导线的ac电压vac——电压感测布置115vs(对于本发明不是限制的)在图中被例示为大体椭圆形块。更优选地，电压感测布置115vs包括非侵略性的电压传感器，该电压传感器例如是基于电容耦合的电压传感器。为了实现此，如在图3的示例性电压感测布置115vs中可见的，第一导电层ecll优选地设在线路导线l上(即，设在相应的部分上，该部分在下文中被称为线路导线l的被感测部分)，并且第二导电层ecln设在中性导线n上(即，设在相应的部分上，该部分在下文中被称为中性导线l的被感测部分)，如也在图1中用拦截线路l导线和中性n导线这二者的椭圆形块115vs概念性地例示说明的那样。这样，形成分别与线路l导线和中性n导线相关联的(即，与线路l导线和中性n导线的被感测部分相关联的)第一电容元件和第二电容元件(例如，电容器)。第一感测电容器由线路导线l的(即，线路导线l的被感测部分的)内部导体icl和绝缘层ill以及第一导电层ecll构成；第二感测电容器而是由中性导线n的(即，中性导线n的被感测部分的)内部导体icn和绝缘层iln以第二导电层ecln构成。因此，优选地，线路导线l的被感测部分和第一导电层ecll分别充当第一感测电容器的第一端子和第二端子，并且中性导线n的被感测部分和第二导电层ecln分别充当第二感测电容器的第一端子和第二端子。

照例假定线路l导线和中性n导线的形状是圆柱形的，第一导电层ecll和第二导电层ecln有利地分别围绕线路导线l的被感测部分和中性导线l的被感测部分提供(以便形成圆柱形导电层)，以使得第一感测电容器和第二感测电容器导致圆柱形的第一电容器和第二电容器——但是这不应被以限制性的方式解释。

优选地，第一导电层ecll和第二导电层ecln是铜片(或铜带)。更优选地，第一导电层ecll和第二导电层ecln分别是适于缠绕线路导线l的被感测部分和中性导线n的被感测部分的自粘铜片。

第一导电层ecll和第二导电层ecln优选地具有相同的长度和厚度。

根据本发明的实施例，第一导电层ecll和第二导电层ecln的长度为几厘米的数量级(例如在1cm和5cm之间，诸如1.25cm)，这源自于通过调节模块115c(下面讨论)实现的测量灵敏度。第一导电层ecll和第二导电层ecln的这个非常短的长度(尤其是与已知的基于电容耦合的电压传感器的解决方案相比)暗示ac电压vac和/或ac电流iac波形是独立于导线几何结构(其在不同测量点之间也可能显著不同)和导线空间几何结构或布置确定的(即，不管导线是否是弯曲的或绞合的)。

根据本发明的实施例，第一导电层ecll和第二导电层ecln的厚度为百分之几毫米的数量级(例如，在0.01mm和0.1mm之间，诸如0.35mm)，以使得当它们分别缠绕线路导线l的被感测部分和中性导线n的被感测部分时，基本上没有附加的空间占用发生。第一导电层ecll和第二导电层ecln的这个非常低的空间占用暗示电压感测布置115vs(因此计量器设备100)对于基本上任何测量点的适应性。

在图2a-图2c的电路表示中，第一感测电容器和第二感测电容器用标号c1和c2表示，第一感测电容器c1的第一端子和第二端子分别用t1c1和t2c1表示，并且第二感测电容器c2的第一端子和第二端子分别用t1c2和t2c2表示。

照例假定绝缘材料的介电常数在线路l导线和中性n导线这二者中是相同的，并且对于线路l导线和中性n导线这二者半径是相同的，并且对于第一导电层ecll和第二导电层ecln考虑相同的长度和厚度，第一感测电容器c1和第二感测电容器c2的特征是相同的电容值cs(但是这不应被以限制性的方式解释)。

在该布置中，第一电压根据线路导线l的被感测部分中的ac电压vac和电容值cs形成在第一导电层ecll处(或者等同地，形成在第一感测电容器c1的第二端子t2c1处)，并且第二电压根据中性导线n的被感测部分中的ac电压vac和电容值cs形成在第二导电层ecln处(或者等同地，形成在第二感测电容器c2的第二端子t2c2处)。这等于是说，如在图2a-图2c的电路表示中可见的，ac电压vac被施加于第一感测电容器c1的第一端子t1c1和第二感测电容器c2的第一端子t1c2之间，并且相应的电压vs(取决于电容值cs)(在下文中被称为感测的电压vs)被施加于第一感测电容器c1的第二端子t2c1和第二感测电容器c2的第二端子t2c2之间——感测的电压vs的差分本性(differentialnature)也在图1和图3中用跨过电压感测布置115vs的输出线路的箭头vs概念性地表示。

取决于导线大小的电容值cs事先是未知的，因为它取决于计量器设备100意图用于其处的测量点处的导线的几何特征和电特征。然而，如从以下讨论将理解的，由于本发明，ad电压vac的幅度(以及ac电压vac和ac电流iac之间的相移，当提供电流测量部分110时)独立于电容值cs(或者独立于多个电容值，当对第一感测电容器c1和第二感测电容器c2预计不同的电容值时)，因此独立于测量点。

回到图1，电压测量部分115优选地包括调节模块115c，调节模块115c用于从电压感测布置115vs接收感测的电压vs，并且将它调节为电压测量信号vvs1、vvs2，这些电压测量信号vvs1、vvs2适于被控制单元120(优选地，与电流测量信号iac一起)处理以用于确定ac信号参数。照例假定控制单元120的adc模块执行电压模数转换，电压测量信号vvs1、vvs2有利地是电压信号——在任何情况下，控制单元120的adc模块执行不同电量的转换(诸如电流转换)的可能性不被排除，在这种情况下，调节模块115c可以被相应地修改。

更优选地，如图中概念性地例示说明的，电压测量信号vvs1、vvs2是单端电压信号，即，参考适当的参考电压的电压信号，并且适于控制单元120的adc模块被允许操作的满量程范围(即，它在该范围内)。甚至更优选地，电压测量信号vvs1、vvs2这二者都参考公共参考电压，所述公共参考电压例如在供应电压vsupply之间(诸如地电压)。

广泛地说，如以下更好地讨论的，根据所考虑的实施例的调节模块115c包括分别用于提供第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2的第一调节分支和第二调节分支(用于ac电压vac)。

为了实现此，电压测量部分115优选地包括切换装置sw115,a，切换装置sw115,a优选地可在第一配置和第二配置之间切换，第一配置将电压感测布置115vs电耦合到调节模块115c的第一调节分支(从而使得它可以提供第一电压测量信号vvs1，因此，使得控制单元120可以根据第一电压测量信号vvs1和电流测量信号vis之间的相移来确定ac电流iac和ac电压vac之间的相移)，第二配置将电压感测布置115vs电耦合到调节模块115c的第二分支(从而使得它可以提供第二电压测量信号vvs2，因此，使得控制单元120可以根据第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2来确定电容值cs并且根据第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2以及确定的电容值cs来确定ac电压vac的幅度，如以下所详述的)。

为了考虑ac电压vac的差分本性，ac电压vac的差分本性需要既调节第一感测电容器c1的第一端子t1c1处的电压(被称为ac电压vac⁺)，又调节第二感测电容器c2的第一端子t1c2处的电压(被称为ac电压vac^-，ac电压vac因此对应于ac电压vac⁺和ac电压vac^-之间的差)，第一调节分支(用于ac电压vac)优选地包括用于接收ac电压vac⁺的第一子分支和用于接收ac电压vac^-的第二子分支，并且，更优选地，第二调节分支优选地包括用于接收ac电压vac⁺的第一子分支和用于接收ac电压vac^-的第二子分支。在该示例性布置中，切换装置sw115,a优选地包括两个切换元件，即(如在图2a-图2c中更好地例示说明的)第一切换元件和第二切换元件，第一切换元件用于当切换装置sw115,a采取第一配置或第二配置时将第一感测电容器c1分别电耦合到(因此，将ac电压vac⁺提供给)第一调节分支的第一子分支或第二子分支，第二切换元件用于当切换装置sw115,a采取第一配置或第二配置时将第二感测电容器c2分别电耦合到(因此，将ac电压vac^-提供给)第二调节分支的第一子分支或第二子分支。换句话说，在切换装置sw115,a的第一配置中，调节模块115c(通过启用第一调节分支和第二调节分支的第一子分支)提供第一电压测量信号vvs1，而在切换装置sw115,a的第二配置中，调节模块115c(通过启用第一调节分支和第二调节分支的第二子分支)提供第二电压测量信号vvs2。

优选地，切换装置sw115,a在第一配置或第二配置下的切换由来自控制单元120的适当的命令信号s115,a命令，命令信号s115,a例如是数字信号(例如，类似于命令信号s110)。命令信号s115,a优选地同时命令切换装置sw115,a的两个切换元件。

根据优选的、但非限制性的例示说明的实施例，电压测量部分115还包括进一步的切换装置sw115,b，该进一步的切换装置sw115,b优选地可在第一或断开配置和第二或闭合配置之间切换(即，可在第一或断开配置和第二或闭合配置之间选择性地操作)，第一或断开配置阻止电源供应模块125和调节模块115c之间电耦合(从而阻止供电，因此阻止其操作)，第二或闭合配置使得电源供应模块125和调节模块115c之间能够电耦合(例如，直接连接)(因此允许其操作，因此，使得可以将感测的电压vs调节为对应的电压测量信号vvs1、vvs2)。

切换装置sw115,b在断开或闭合配置下的切换有利地由不同于命令切换装置sw115,a的切换的命令信号s115,a的命令信号s115,b命令，以使得不管切换装置sw115,a配置如何，调节模块115c都只有在需要时，即只有在感测的电压vs必须被调节为电压测量信号vvs1、vvs2以用于确定ac信号参数时才被通电。

根据本发明的优选的、但非限制性的实施例，命令信号s110、s115,b是彼此同步的，例如，以使得电流测量部分110中的转换模块110c和电压测量部分115中的调节模块115c这二者在预确定的测量时间段(例如，在数毫秒或者甚至秒的数量级)期间都被供电(因此，被启用)，以便在测量时间窗口内将电流测量信号vis和电压测量信号vvs1、vvs2提供给控制单元120(用命令信号s115,a，命令信号s115,a在测量时间段内顺序地启用第一调节分支和第二调节分支的第一子分支和第二子分支以用于提供电压测量信号vvs1、vvs2)。然而，根据将被确定的ac信号和/或特定的应用，命令信号s110、s115,b也可以是彼此独立的(至少部分地)。

优选地，在所述预确定的测量时间窗口期间：

-切换装置sw110,a被设置为第一配置，并且切换装置sw110,b被设置为闭合配置(以便将感测的电流is转换为电流测量信号vis)，并且

-切换装置sw115,b被设置为闭合配置，并且切换装置sw115,a被设置为第一配置(其优选地是其默认配置)，以便将ac电压vac调节为第一电压测量信号vvs1，其后切换装置sw115,a被设置为第二配置，而切换装置sw115,b仍处于闭合配置(以便将ac电压vac调节为第二电压测量信号vvs2)。电流测量信号vis一被提供，切换装置sw110,b就有利地被设置为断开配置，而不管调节模块115c中的调节进展如何，以便避免对转换模块110c的不必要的供电。

有利地，在两个连续的测量时间窗口之间的时间段(在下文中，被称为收集时间段)(根据将被确定的ac信号参数和/或计量器设备100的特定应用的分钟、小时、天数或者甚至月数的数量级中的每个)期间，电流测量部分110中的转换模块110c和电压测量部分115中的调节模块115c这二者都不被供电，因此被停用(切换装置sw110,b和sw115,b这二者都为断开配置)，并且处于第二配置的切换装置sw110,a使得能量收集模块110h能够收集能量。

最后，计量器设备100优选地包括无线网络通信接口130，无线网络通信接口130用于接收由控制单元120确定的ac信号参数(或其指示)，并且用于将它们无线地发送到适当的接收设备(例如，借助于短距离射频技术)。

由于本发明，通过使用电感耦合和电容耦合、因此以非侵入性的方式(即，不改变配电系统的总电负载)来确定ac电压vac和/或ac电流iac波形(即，幅度和相移)。而且，由于电容耦合以及由于调节模块115c(如下面讨论的)的测量灵敏度，第一导电层ecll和第二导电层ecln的长度、因此由此获得的感测电容器c1、c2的长度可以非常短(例如，在几个厘米的数量级，诸如1.25cm)。感测电容器c1、c2的非常短的长度暗示ac电压vac和/或ac电流iac波形是独立于导线几何结构(其在不同测量点之间也可能显著不同)和导线空间几何结构或布置而确定的(即，不管导线是否是弯曲的或绞合的)，从而提供高度精确的测量。

而且，所提出的计量器设备100的特征是简单的电路实现，该电路实现需要低成本硬件(从以下对图2a-图2c所示的调节模块115c的优选实施例的讨论将是明显的)，使得它可以有利地根据多传感器方法来实现——在任何情况下，计量器设备100的简化和效率使得它可以根据单传感器方法来实现。

图2a示出了根据本发明的第一实施例的电压测量部分115、并且具体来说调节模块的电路表示(根据本发明的这个第一实施例的调节模块用115c’表示以用于区分它和以下实施例的调节模块)。调节模块115c’借助于切换装置sw115,a电耦合到电压感测布置115vs(如以上所讨论的，电压感测布置115vs用第一感测电容器c1和第二感测电容器c2电表示，ac电压vac(或大体上ac电压vac)被施加于其第一端子t1c1和t1c2之间)。

为了简单起见，调节模块115c’的电子组件被认为参考地电压(在图中用提供地电压的地端子的常规电符号概念性地例示说明)。无论如何，根据特定的设计选项，调节模块115c’的电子组件(或其至少一部分)可以参考一个或多个不同的参考电压(诸如上供应电压和/或下供应电压)。

优选地，调节模块115c’在第一调节分支中包括第一输入级和第一输出级，并且在第二调节分支中包括第二输入级和第二输出级，第一输入级用于对ac电压vac进行处理(例如，缩放)，第一输出级用于提供来自缩放的ac电压的第一电压测量信号vvs1，第二输入级用于对ac电压vac进行处理，第二输出级用于提供来自处理的ac电压vac的第二电压测量信号vvs2(第二输入级的特定实现确定对ac电压vac的处理)。

甚至更优选地，如所例示说明的，第一输入级包括第一输入电容元件(例如，电容器)c3和第二输入电容元件(例如，电容器)c4，第一输入电容元件c3具有第一端子t1c3和第二端子t2c3，第一端子t1c3在切换装置sw115,a处于第一配置时电耦合到第一感测电容器c1的第二端子t2c1(第一输入电容器c3的第一端子t1c3例如在切换装置sw115,a处于第二配置时电浮置)，第二端子t2c3电耦合到地端子，第二输入电容元件c4具有第一端子t1c4和第二端子t2c4，第一端子t1c4在切换装置sw115,a处于第一配置时电耦合到第二感测电容器c2的第二端子t2c2(第二输入电容器c4的第一端子t1c4例如在切换装置sw115,a处于第二配置时电浮置)，第二端子t2c4电耦合到地端子。

因此，第一感测电容器c1和第一输入电容器c3在彼此电耦合时限定阻抗分压器，特别是用于ac电压vac⁺的电容分压器，而第二感测电容器c2和第二输入电容器c4在彼此电耦合时限定用于ac电压vac^-的电容分压器(第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电容器c3和第二输入电容器c4在彼此电耦合时限定作为一个整体的用于ac电压vac的电容分压器)。无论如何，没有什么能阻止实现除了电容分压器之外的一个或多个阻抗分压器，诸如电感分压器、电阻分压器或它们的组合。

如以上所讨论的，对于第一感测电容器c1和第二感测电容器c2这二者假定相同的电容器值cs，并且对于第一输入电容器c3和第二输入电容器c4这二者假定相同的电容值ci(电容值ci优选地根据ac电压vac的需要调节模块115c’辨别的最小值和/或根据控制单元120的adc模块被允许操作的满量程范围来选择)，第一输入电容器c3的第一端子t1c3处的电压为：

第二输入电容器c4的第一端子t1c4处的电压为：

由于阻抗分压器c1、c3和c2、c4，相对于ac电压vac⁺和vac^-来说，分别在电压v1c3和v1c4中没有引入相移。

优选地，调节模块115c’的第一输出级被布置为根据来自第一调节分支的第一子分支的电压v1c3(或与其相对应的电压)与来自第二调节分支的第一子分支的电压v1c4(或与其相对应的电压)之间的差来提供第一电压测量信号vvs1。

这有利地借助于差分放大器电路(differentialamplifiercircuit)来实现。优选地，第一输出级的差分放大器电路被设想为使得相对于电压v1c3和v1c4来说(因此，相对于ac电压vac来说)在第一电压测量信号vvs1中没有引入相移——在任何情况下，如以上所讨论的，在第一输入级中和/或在第一输出级中引入预确定的相移的可能性不被排除。

根据对于本发明不是限制的例示说明的实施例，第一输出级的差分放大器电路包括：

-运算放大器oa1，其优选地在切换装置sw115,b闭合时在供应电压vsupply之间被供电；

-电阻器r3，其具有第一端子t1r3和第二端子t2r3，第一端子t1r3电耦合到第一输入电容器c3的第一端子t1c3(优选地间接地，例如借助于如以下所讨论的一个或多个电压稳定元件)以用于接收电压v1c3，第二端子t2r3电耦合(例如，直接连接)到运算放大器oa1的非反相输入端子(在图中用于“+”表示)；

-电阻器r4，其具有第一端子t1r4和第二端子t2r4，第一端子t1r4电耦合(例如，直接连接)到电阻器r3的第二端子t2r3(因此，连接到运算放大器oa1的非反相输入端子)，第二端子t2r4电耦合到地端子；

-电阻器r5，其具有第一端子t1r5和第二端子t2r5，第一端子t1r5电耦合到第二输入电容器c4的第一端子t1c4(优选地间接地，例如借助于如以下所讨论的一个或多个电压稳定元件)以用于接收电压v1c4，第二端子t2r5电耦合(例如，直接连接)到运算放大器oa1的反相输入端子(在图中用于“-”表示)；以及

-电阻器r6，其具有第一端子t1r6和第二端子t2r6，第一端子t1r6电耦合(例如，直接连接)到电阻器r5的第二端子t2r5(因此，连接到运算放大器oa1的反相输入端子)，第二端子t2r6电耦合(例如，直接连接)到运算放大器的提供第一电压测量信号vvs1的输出端子。

在该示例性配置中，第一电压测量信号vvs1为(电阻器r3、r4、r5和r6的电阻值分别用r3、r4、r5和r6表示)：

因此，第一电压测量信号vvs1相对于ac电压vac没有(或理想地没有)相移，使得控制单元120被允许基于电流测量信号vis和第一电压测量信号vvs1来确定ac电流iac和ac电压vac之间的相移——在任何情况下，当在第一输入级中和/或在第一输出级中引入预确定的相移时，控制单元120被允许还基于所述预确定的相移来确定ac电流iac和ac电压vac之间的相移。

优选地，尽管不是必要的，ac电流iac和ac电压vac之间的相移由控制单元120根据过零技术来确定。广泛地说，过零是诸如正弦波形之类的函数的符号在其处改变(例如，从正变为负或者反过来)的点，过零由该函数的曲线图中的轴线的表示零值的跨过限定。在所考虑的背景下，控制单元120被配置为确定电流测量信号vis的过零(即，电流测量信号vis为零的时刻)(对应于ac电流iac的过零(由于在ac电流iac和电流测量信号vis之间没有相移))、和第一电压测量信号vvs1的过零(即，第一电压测量信号vvs1为零的时刻)(对应于ac电压vac的过零(由于在ac电压vac和第一电压测量信号vvs1之间没有相移))、以及根据电流测量信号vis的过零发生的时刻和第一电压测量信号vvs1的过零发生的时刻之间的差的相移(该相移被表达为时间移位或角度移位)。

因此，到目前为止所讨论的计量器设备100使得可以在不需要外部电源供应(实际上，由于能量收集模块110h，计量器设备100是自供电设备)的情况下、在与线路l导线和中性n导线不直接电接触的情况下(实际上，电流感测布置110cs和电压感测布置115vs是在不以侵入性的方式与它们直接物理接触(诸如通过中断或切割导线)的情况下从外部“施加”于导线的)、并且不管导线大小如何(即，不需要由于导线大小进行校准(实际上，取决于导线大小的电容值cs并不涉及确定电流测量部分110中的电流测量信号vis，并且由于电容分压器c1、c3和c2、c4以及基于电阻器的差分放大器电路oa1、r3-r6，它也不影响电压测量部分115中的第一电压测量信号vvs1的相位))，确定ac电流iac波形以及ac电压vac和ac电流之间的相移。

根据例示说明的实施例，第一输入级和第二输入级包括分别可电耦合到第一感测电容器c1和第二感测电容器c2的第一输入电阻器r1、r2和第二输入电阻器r7、r8。优选地，第一输入电阻器r1具有第一端子t1r1，第一端子t1r1在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合到第一感测电容器c1的第二端子t2c1(第一输入电阻器r1的第一端子t1r1例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)，并且第一输入电阻器r2具有第一端子t1r2和第二端子t2r2，第一端子t1r2电耦合(例如，直接连接)到第一输入电阻器r1的第二端子t2r1，第二端子t2r2电耦合到地端子。第二输入电阻器r7具有第一端子t1r7，第一端子t1r7在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合到第二感测电容器c2的第二端子t2c2(第二输入电阻器r7的第一端子t1r7例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)，第二输入电阻器r8具有第一端子t1r8和第二端子t2r8，第一端子t1r8电耦合(例如，直接连接)到第二输入电阻器r7的第二端子t2r7，第二端子t2r8电耦合到地端子。

换句话说，当切换装置sw115,a处于第二配置时，第一输入电阻器r1、r2和第二输入电阻器r7、r8分别与第一感测电容器c1和第二感测电容器c1串联。因此，当切换装置sw115,a处于第二配置时，第一感测电容器c1和第一输入电阻器r1、r2限定用于ac电压vac⁺的高通滤波器，而第二感测电容器c2和第二输入电阻器r7、r8限定用于ac电压vac^-的高通滤波器(或者，换句话说，第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电阻器r1、r2和第二输入电阻器r7、r8在彼此电耦合时限定作为一个整体的用于ac电压vac的高通滤波器)。

如以上所讨论的，对于第一感测电容器c1和第二感测电容器c2这二者假定相同的电容值cs，并且对于第一输入电阻器r1和第二输入电阻器r7这二者假定相同的电阻值r1，对于第一输入电阻器r2和第二输入电阻器r8这二者假定相同的电阻值r2(电阻值r1和r2优选地根据ac电压vac的需要调节模块115c’辨别(即，用于使跨度最大并且优化准确度)的最小值和/或根据控制单元120的adc模块被允许操作的满量程范围来选择)，第二输入电阻器r2的第一端子t1r2处的电压(用vt1r2表示)和第二输入电阻器r8的第一端子t1r8处的电压(用vt1r8表示)为：

高通滤波器的传递函数的截止频率fcut-off以及模数|h|和相位为：

优选地，截止频率fcut-off远低于50hz，使得主电源的ac电压vac被允许跨过第一调节分支和第二调节分支的第二子分支以一相移传递(如以下更好地讨论的，使得所得的第二电压测量信号vvs2相对于第一电压测量信号vvs1具有相移)。

回到图2a，调节模块115c’的第二输出级被布置为提供第二电压测量信号vvs2，第二电压测量信号vvs2是根据来自第一调节分支的第二子分支的电压v1r2和来自第二调节分支的第二子分支的电压v1r8之间的差的。

这有利地借助于差分放大器电路来实现。

优选地，第二输出级的差分放大器电路被设想为使得相对于电压v1r2和v1r8来说在第二电压测量信号vvs2中没有引入相移(如下文所讨论的，使得第二电压测量信号vvs2的相位仅取决于高通滤波器的传递函数的相位，由此控制单元120被允许容易地确定第一感测电容器c1和第二感测电容器c2的未知的电容值cs)。在任何情况下，没有什么能阻止在第二输出级中添加进一步的相移。

甚至更优选地，第二输出级的差分放大器电路与第一输出级的差分放大器电路是相同的(就架构来说)。

根据对于本发明不是限制的例示说明的实施例，第二输出级的差分放大器电路包括：

-运算放大器oa2，其优选地在切换装置sw115,b闭合时在供应电压vsupply之间被供电；甚至更优选地，运算放大器oa2类似于运算放大器oa1(例如，就电性质来说)；

-电阻器r9，其具有第一端子t1r9和第二端子t2r9，第一端子t1r9电耦合到第一输入电阻器r2的第一端子t1r2(优选地间接地，例如借助于如以下所讨论的一个或多个电压稳定元件)以用于接收电压v1r2，第二端子t2r9电耦合(例如，直接连接)到运算放大器oa2的非反相输入端子(在图中用于“+”表示)；

-电阻器r10，其具有第一端子t1r10和第二端子t2r10，第一端子t1r10电耦合(例如，直接连接)到电阻器r9的第二端子t2r9(因此，连接到运算放大器oa2的非反相输入端子)，第二端子t2r10电耦合到地电压；

-电阻器r11，其具有第一端子t1r11和第二端子t2r11，第一端子t1r11电耦合到第二输入电阻器r8的第一端子t1r8(优选地间接地，例如借助于如以下所讨论的一个或多个电压稳定元件)以用于接收电压v1r8，第二端子t2r11电耦合(例如，直接连接)到运算放大器oa2的反相输入端子(在图中用于“-”表示)；以及

-电阻器r12，其具有第一端子t1r12和第二端子t2r12，第一端子t1r12电耦合(例如，直接连接)到电阻器r11的第二端子t2r11(因此，连接到运算放大器oa2的反相输入端子)，第二端子t2r12电耦合(例如，直接连接)到运算放大器的提供第二电压测量信号vvs2的输出端子。

在该示例性实施例中，第二电压测量信号vvs2为(电阻器r9、r10、r11和r12的电阻值分别用r9、r10、r11和r12表示)：

根据本发明的优选的、但非限制性的实施例，第二输出级的差分放大器电路的结构与第一输出级的差分放大器电路的结构是相同的(或者基本上相同的，因为包括结构差异(例如，考虑到特定电子组件的制造公差或非理想因素)的可能性不被排除)。而且，电阻器r9、r10、r11和r12的电阻值r9、r10、r11和r12以及相应的运算放大器oa2的电性质优选地分别与电阻器r3、r4、r5和r6的电阻值r3、r4、r5和r6以及运算放大器oa1的电性质是相同的(或者基本上相同的，因为包括结构差异(例如，考虑到特定电子组件的制造公差或非理想因素)的可能性不被排除)。

因此，第二电压测量信号vvs2相对于第一电压测量信号vvs1具有相移，该相移由控制单元120检测和测量(例如，仍借助于过零技术)。反过来，因此是已知的这样的相移取决于已知的第一输入电容器c3和第二输入电容器c4的电容值ci以及相反是未知的第一感测电容器c1和第二感测电容器c2的电容值cs(并且取决于尤其是导线几何结构)。因此，在所考虑的实施例中，当接收到第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2时，控制单元120被配置为根据第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2之间的相移来确定电容值cs(例如，通过对以上关于高通滤波器的传递函数的相位的方程进行反求)，因此，根据第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2以及电容值cs来确定ac电压vac的幅度(例如，通过对以上关于第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2的方程进行反求)。这样，通过围绕测试中的导线的非接触式传感器，不管导线几何结构如何(即，在不进行校准的情况下)，计量器设备100都能够确定相关的ac信号参数(即，ac电流iac的幅度、ac电压vac的幅度以及ac电流iac和ac电压vac之间的相移)。

如应容易理解的，因为第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2这二者都取决于ac电压vac的幅度和电容值cs，所以原则上，关于第一电压测量信号vvs1的方程或关于第二电压测量信号vvs2的方程可以被反求以用于确定ac电压vac的幅度。在任何情况下，在实际的情形下，将被反求的关于电压测量信号的方程都可以根据调节模块的实际实现和/或根据设计选项和/或准则来选择(例如，暗示较低计算能力的关于电压测量信号的方程可以被反求)。

回到图2a，调节模块115c’优选地包括一个或多个电压稳定元件，所述一个或多个电压稳定元件用于在它们的调节期间使电压稳定(以便使第一电压测量信号vvs1和/或第二电压测量信号vvs2尽可能地精确)。在示例性的、非限制性的例示说明的实施例中，对每个子分支提供一个电压稳定元件。优选地，每个电压稳定元件包括相应的成缓冲器配置的运算放大器oa3-oa6(为简洁起见，在下文中被称为电压缓冲器)。甚至更优选地，电压缓冲器oa3将第一输入电容器c3的第一端子t1c3电耦合到电阻器r3的第一端子t1r3，电压缓冲器oa4将第一输入电阻器r2的第一端子t1r2电耦合到电阻器r9的第一端子t1r9，电压缓冲器oa5将第二输入电容器c4的第一端子t1c4电耦合到电阻器r5的第一端子t1r5，电压缓冲器oa6将第二输入电阻器r8的第一端子t1r8电耦合到电阻器r11的第一端子t1r11。由于电压缓冲器oa3-oa6用作电压稳定元件，所以没有添加相移(因此避免了用于确定ac信号参数的计算工作的更大负担)。

现在参考图2b，示出了根据本发明的第二实施例的调节模块115c”的电路表示。

调节模块115c”与调节模块115c’几乎是完全类似的，由于这个原因，相同的元件将不再被讨论。

调节模块115c”与调节模块115c’的不同之处在于，第一输入级和第二输入级包括代替高通滤波器(如以上所讨论的，由第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电阻器r1、r2和第二输入电阻器r7、r8限定)的用于ac电压vac的阻抗分压器。在所讨论的电压测量部分115被配置为提供基于与线路l导线和中性n导线的电容耦合的第一电压测量信号vvs1和/或第二电压测量信号vvs2的示例中，阻抗分压器有利地是电容分压器。

在示例性的例示说明的实施例中，第一输入级包括可电耦合到第一感测电容器c1的进一步的第一输入电容元件(例如，电容器(为简洁起见，在下文中被称为第一输入电容器))c5，并且优选地，第二输入级包括可电耦合到第二感测电容器c2的进一步的第二输入电容元件(例如，电容器(为简洁起见，在下文中被称为第二输入电容器))c6。这样，第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电容器c5和第二输入电容器c6在彼此耦合时限定用于ac电压vac的阻抗分压器(即，用于ac电压vac⁺的第一电容分压器c1、c5和用于ac电压vac^-的第二电容分压器c2、c6)。

优选地，如所例示说明的，第一输入电容器c5具有第一端子t1c5和第二端子t1c5，第一端子t1c5在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合到第一感测电容器c1的第二端子t2c1(第一输入电容器c5的第一端子t1c5例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)和电阻器r9(例如，通过插入电压缓冲器oa4)，第二端子t1c5电耦合(例如，直接连接)到地端子。类似地，第二输入电容器c6具有第一端子t1c6和第二端子t2c6，第一端子t1c6在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合到第二感测电容器c2的第二端子t2c2(第二输入电容器c6的第一端子t1c6例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)和电阻器r11(例如，通过插入电压缓冲器oa6)，第二端子t2c6电耦合到地端子。

如以上所讨论的，对于第一感测电容器c1和第二感测电容器c2这二者假定相同的电容值cs，并且对于第一输入电容器c5和第二输入电容器c6这二者假定相同的电容值cin(电容值cin优选地根据ac电压vac的需要调节模块115c”辨别(即，用于使跨度最大并且优化准确度)的最小值和/或根据控制单元120的adc模块被允许操作的满量程范围来选择)，第一输入电容器c5的第一端子t1c5处的电压(用v1c5表示)和第二输入电容器c6的第一端子t1c6处的电压(用v1c6表示)为：

如所例示说明的，假定第二输出级具有前一实施例的相同的电路实现，则由调节模块115c”得到的第二电压测量信号vvs2为(电阻器r9、r10、r11和r12的电阻值再次分别用r9、r10、r11和r12表示)：

而且，类似于以上讨论，假定第二输出级的差分放大器电路的结构(以及电子组件的值和电性质)优选地与第一输出级的差分放大器电路的结构(以及分别地，电子组件的值和电性质)是相同的(或者基本上相同的，因为包括结构差异(例如，考虑到特定电子组件的制造公差或非理想因素)的可能性不被排除)，第一电压测量信号vvs1为(电阻器r3、r4、r5和r6的电阻值分别用r3、r4、r5和r6表示)：

以上假定暗示：

在所考虑的实施例中，由于阻抗分压器，第二电压测量信号vvs2相对于第一电压测量信号vvs1是同相的(即，它没有或者基本上没有相移)，使得电容值cs可以基于第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2(即，如下文所讨论的，基于控制单元120检测的其幅度)容易地确定。在任何情况下，类似于以上讨论，对第一电压测量信号vvs1和/或第二电压测量信号vvs2和/或电流测量信号vis提供预确定的相移不影响本发明的原理。

更具体地说，在所考虑的实施例中，根据以上假定，当接收到第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2时，控制单元120被配置为根据第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2之间的差(即，根据控制单元120检测的其幅度)来确定电容值cs，例如，通过如下对以上关于第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2的方程进行反求来确定：

因此，根据第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2(即，根据控制单元120检测的其幅度)以及电容值cs来确定ac电压vac的幅度(例如，通过如以上所讨论的，对以上关于第一电压测量信号vvs1的方程或以上关于第二电压测量信号vvs2的方程进行反求)。

如从电容值cs的以上方程应容易理解的，在第一调节分支和第二调节分支的对称结构的所考虑的示例中，电容值ci和cin有利地被设置为彼此不同(以便避免分子归零，因此，确定电容值cs本身的不可能性)。

这样，不管导线的大小如何(即，在不由于导线的大小进行校准的情况下)，计量器设备100都能够确定相关的ac信号参数(即，即，ac电流iac的幅度、ac电压vac的幅度以及ac电流iac和ac电压vac之间的相移)。

而且，相对于前面的实施例，调节模块115c”使得可以避免第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2之间的相移的确定，该确定在一些应用中是相关的误差来源。

现在参考图2c，它示出了根据本发明的第三实施例的调节模块115c”’的电路表示。

调节模块115c”’与调节模块115c’几乎是完全类似的，由于这个原因，相同的元件将不再被讨论。

调节模块115c”’与调节模块115c’的不同之处在于，它包括代替高通滤波器(如以上所讨论的，在调节模块115c’中，由第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电阻器r1、r2和第二输入电阻器r7、r8限定)的用于ac电压vac的微分器布置。

在示例性的例示说明的实施例中，第一输入级和第二输入级包括分别可电耦合到第一感测电容器c1和第二感测电容器c2的第一输入电阻器r13和第二输入电阻器r14、以及分别可电耦合到第一输入电阻器r13和第二输入电阻器r14的第一运算放大器oa7和第二运算放大器oa8(运算放大器oa7、oa8优选地具有相同的电特性，例如，与运算放大器oa1-oa6相同的电特性，并且优选地在切换装置sw115,b闭合时由供应电压vsupply供电)。

优选地，如在图中可见的，第一输入电阻器r13具有第一端子t1r13和第二端子t2r13，第一端子t1r13在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合(例如，电连接)到第一感测电容器c1的第二端子t2c1(第一输入电阻器r13的第一端子t1r13例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)，并且电耦合(例如，电连接)到第一运算放大器oa7的反相输入端子，第二端子t2r13电耦合(例如，电连接)到第一运算放大器oa7的输出端子，并且电耦合到电阻器r9的第一端子t1r9(例如，通过插入电压缓冲器oa4)。换句话说，第一输入电阻器r13跨过第一运算放大器oa7的(反相)输入端子和输出端子电耦合(例如，电连接)(第一运算放大器oa7的非反相输入端子而是电耦合(例如，电连接)到地端子)。

优选地，如在图中可见的，第二输入电阻器r14具有第一端子t1r14和第二端子t2r14，第一端子t1r14在切换装置sw115,a处于第二配置时电耦合(例如，电连接)到第二感测电容器c2的第二端子t2c2(第二输入电阻器r14的第一端子t1r14例如在切换装置sw115,a处于第一配置时电浮置)，并且电耦合(例如，电连接)到第一运算放大器oa8的反相输入端子，第二端子t2r14电耦合(例如，电连接)到第二运算放大器的oa8的输出端子，并且电耦合到电阻器r11的第一端子t1r11(例如，通过插入电压缓冲器oa6)。换句话说，第二输入电阻器r14跨过第二运算放大器oa8的(反相)输入端子和输出端子电耦合(例如，电连接)(第二运算放大器oa8的非反相输入端子而是电耦合(例如，电连接)到地端子)。

因此，当切换装置sw115,a处于第二配置时，第一感测电容器c1、第一输入电阻器r13和第一运算放大器oa7限定用于ac电压vac⁺的微分器布置(或微分器)，而第二感测电容器c2、第二输入电阻器r14和第二运算放大器oa8限定用于ac电压vac^-的微分器(或者，换句话说，第一感测电容器c1和第二感测电容器c2以及分别地第一输入电阻器r13和第二输入电阻器r14以及相关联的第一运算放大器oa7和第二运算放大器oa8在彼此电耦合时限定作为一个整体的用于ac电压vac的微分器)。在任何情况下，如应容易理解的，除了由运算放大器oa7、oa8和输入电阻器r13、r14形成的那些电路布置之外的电路布置可以用于实现微分器。

如以上所讨论的，对于第一感测电容器c1和第二感测电容器c2这二者假定相同的电容值cs，并且对于第一输入电阻器r13和第二输入电阻器r14这二者假定相同的电阻值rin(电阻值rin优选地根据ac电压vac的需要调节模块115c辨别(即，用于使跨度最大并且优化准确度)的最小值和/或根据控制单元120的adc模块被允许操作的满量程范围来选择)，第一输入电阻器r13的第二端子t2r13处的、因此第一运算放大器oa7的输出端子处的电压(用v2r13表示)和第二输入电阻器r14的第二端子t2r14处的、因此第二运算放大器oa8的输出端子处的电压(用v2r14表示)为：

如所例示说明的，假定第二输出级具有前一实施例的相同的电路实现，则由调节模块115c”’得到的第二电压测量信号vvs2为(电阻器r9、r10、r11和r12的电阻值再次分别用r9、r10、r11和r12表示)：

而且，假定ac电压vac为如下形式：

vac＝asin(2πft)

其中，a是将被确定的ac电压vac的幅度，则由调节模块115c”’得到的第二电压测量信号vvs2为：

另外，类似于以上讨论，假定第二输出级的差分放大器电路的结构(以及电子组件的值和电性质)优选地与第一输出级的差分放大器电路的结构(以及分别地，电子组件的值和电性质)是相同的(或者基本上相同的，因为包括结构差异(例如，考虑到特定电子组件的制造公差或非理想因素)的可能性不被排除)，第一电压测量信号vvs1为(电阻器r3、r4、r5和r6的电阻值分别用r3、r4、r5和r6表示)：

因此，从以上方程得到

在所考虑的实施例中，电容值cs可以从以上方程基于第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2(即，基于控制单元120检测的其幅度)容易地确定。

更具体地说，在所考虑的实施例中，根据以上假定，当接收到第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2时，控制单元120被配置为根据第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2之间的差来确定电容值cs，例如，通过如下对以上关于第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2的方程进行反求来确定：

因此，根据如下第一电压测量信号vvs1或第二电压测量信号vvs2以及电容值cs来确定ac电压vac的幅度a(例如，通过如以上所讨论的，对以上关于第一电压测量信号vvs1的方程或以上关于第二电压测量信号vvs2的方程进行反求)：

如应容易地理解的，ac电压vac的幅度a有利地通过考虑若干个样本来确定，所述样本优选地足够远离“有风险的”点，在这些点中，以上方程是无效的(例如，π/6、π/4、π/3和kπ/20)。

这样，不管导线的大小如何(即，在不由于导线的大小进行校准的情况下)，计量器设备100都能够确定相关的ac信号参数(即，即，ac电流iac的幅度、ac电压vac的幅度以及ac电流iac和ac电压vac之间的相移)。

而且，相对于第一实施例，调节模块115c”’使得可以避免第一电压测量信号vvs1和第二电压测量信号vvs2之间的相移的确定，该确定在一些应用中是相关的误差来源。具体地说，该方法显著地改进了幅度测量，其中误差低于5％。

另外，相对于其中adc模块应表现出非常高的灵敏度(即，μv的数量级的分辨率)、因此确定相对较高的复杂度和成本的调节模块115c”，调节模块115c”’使得可以实现非常低的成本和可靠性。

自然地，为了满足局部和特定的要求，本领域技术人员可以将许多逻辑的和/或物理的修改和改变应用于上述解决方案。更具体地说，尽管已经参考本发明的优选实施例以一定的具体程度描述了本发明，但是应理解的是，形式和细节上的各种省略、替换和改变以及其它实施例是可能的。具体地说，本发明的不同实施例甚至可以在没有前面的描述中为提供本发明的更透彻的理解而阐述的特定细节的情况下实施；相反，众所周知的特征可能已经被省略或简化以便不用不必要的细节妨碍描述。而且，明确地意图与本发明的任何公开的实施例结合描述的特定元件和/或方法步骤可以合并在任何其它的实施例中。